Шунгиты в металлургии

Шунгитовые породы Зажогинского месторождения являются весьма перспективным сырьем для металлургии. Это обусловлено несколькими моментами.

Соотношение основных компонентов породы – углерода (30 %) и кремния (55 %) – близко к стерехиометрическому, необходимому для реализации восстановительных процессов в системе Si – C–O и синтеза металлического кремния и карбида кремния.

Шунгитовый углерод обладает аморфной структурой, устойчив против графитации и сохраняет высокую реакционную способность во всем интервале температур реальных металлургических процессов.

Исключительно благотворное влияние на кинетику и энергетику восстановительных реакций в системе Si – C–O оказывает специфичная структура шунгитовых пород. Структура зажогинского шунгита представляет собой равномерное распределение силикатных минералов с размерностью частиц менее 10 мкм в углеродной матрице. Таким образом, создается тесный и развитый (до 20 м²/г) контакт между силикатами и углеродом. Это обстоятельство в свою очередь повышает роль твердофазных реакций в восстановительном процессе и создает ряд технологических преимуществ при использовании шунгитов для замены металлургического кокса и кремнеземистого сырья в процессе получения карбида кремния, выплавки кремнистых чугунов и ферросплавов.

Шунгитовая порода обладает высокой механической прочностью (800–1200 кг/см²), малой истираемостью. Высокая плотность шунгитовой породы (2,2–2,4 т/ м³) создает предпосылки для более экономичного использования объема печного агрегата при замене ею традиционной углерод‑кремнеземной шихты.

Термические и петрографические исследования показали, что при 1250 °Cв шунгитовых породах начинают осуществляться восстановительные процессы, а в интервале 1500–1700 °C интенсивно синтезируется карбид кремния. При 1800 °C убыль массы составляет 57 %, а доля SiC в составе продуктов превышает 80 %.

Эти результаты определили направление промышленных и полупромышленных экспериментов с шунгитовыми породами:

1) в доменной плавке для повышения содержания кремния в чугуне путем загрузки шунгита в доменную печь вместо ферросилиция;

2) в желобных и леточных массах в качестве упрочняющей добавки вместо металлургического кокса и карбида кремния;

3) для выплавки доменных ферросплавов;

4) для выплавки ферросплавов (ферросилиция, силикомарганца, силикокальция, ферросиликохрома и др.) в электропечах;

5) для производства SiC с целью последующей переработки последнего в огнеупорные и химически стойкие конструкционные материалы, а также для использования в качестве наполнителя в огнеупорных массах и в качестве восстановителя.

Промышленное использование шунгита в выплавке литейного чугуна осуществляется на АК «Тулачермет», ОАО «Косогорский металлургический завод». Установлено, что коэффициент замены кокса шунгитом составляет в среднем 1 т/т. Доля кремния шунгита, переходящего в чугун, составляет 88,5 %. С ростом содержания кремния в чугуне коэффициент замены кокса повышается.

При выплавке передельного чугуна оптимальным является расход шунгита в 20 кг на 1 т чугуна, при выплавке литейного чугуна расход шунгита составил до 100 кг на 1 т чугуна.

Коэффициент замены кокса шунгитом при доменной выплавке ферросплавов оценен в среднем 1 т/т. При выплавке силикомарганца в электропечах расход шунгита составил 200 кг на 1 тонну сплава.

Дата добавления: 2015-05-06